اصول طراحی مدارهای فرمان و قدرت - به همراه کلیپ های آموزشی

اصول طراحی مدارات فرمان و قدرت تابلو برق

توجـــه : نقشه مدار‌های صنعتی که اغلب برای راه اندازی موتور‌های الکتریکی به کار می‌روند در چند شکل نشان داده می‌شوند ، در این قسمت به دو نقشهٔ پرکاربرد این گروه از مدار‌ها اشاره می شود .

نقشۀ مدار قدرت

نقشه‌ای که انرژی الکتریکی را از شبکه سه فاز دریافت و به مصرف کننده منتقل می‌کند ، نقشهٔ «مدار قدرت» گفته می‌شود.

نقشۀ مدار فرمان

به نقشه‌ای که از آن برای نمایش نحوهٔ عملکرد یا تعیین مدت زمان کارکرد مدار قدرت استفاده می‌شود، نقشهٔ «مدار فرمان» گفته می‌شود ، ولتاژ کار اغلب مدار‌های فرمان شبکه تک فاز است.

توجـــه : هر مدار الکتریکی از دو قسمت مدار قدرت و مدار فرمان تشکیل می‌شود ، اما مدار فرمان و مدار قدرت دو نوع مدار متفاوت هستند ؛ که یک مدار فرمان شامل قطعاتی مانند : فیوز ، کلید مینیاتوری ، تایمر ، بی متال و … می‌شود ، مدار فرمان کنترل سیستم را بر عهده دارند و از برق تک فاز تغذیه می‌کند.

کاربرد مدار فرمان را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• کنترل وضعیت خاموش یا روشن بودن ماشین آلات
• ایجاد هماهنگی و مدریت راه اندازی بین الکتروموتورها و ماشین آلات
• ایجاد آلارم و سیگنال خطا برای پرسنل در صورت وجود هرگونه خطا در سیستم مدار
• صرفه جویی در هزینه ها و کاهش استهلاک که بر اثر کارکرد مداوم ماشین آلات و روشنایی
• کنترل سرعت تولید توسط سنسور هاو میکروسویچ ها

• پر کاربردترین مدار فرمان در برق صنعتی عبارت اند از : 

1- مدار فرمان استارت لحظه ای  

2- مدار فرمان دائم کار  

3- مدار فرمان استارت از دو نقطه (دستگاه پرس)  

4- مدار فرمان چپگرد راستگرد لحظه ای  

5- مدار فرمان چپگرد راستگرد دائم  

6- مدار فرمان ستاره - مثلث دستی و اتومات  

7- مدار فرمان ستاره مثلث – چپگرد راستگرد

توجـــه : مدار قدرت تابع مدار فرمان می‌باشد و معمولا با برق سه فاز کار می‌کند ، تعدادی از المان‌های متداول که در مدار قدرت بسیار کاربرد دارند عبارت اند از: فیوز ها ، کلید‌های حفاظت موتوری MPCB ، کنترل بار، کنتاکتور ها، کلید‌های حرارتی (بی متال) و….

کنترل مدار قدرت توسط مدار فرمان انجام می‌شود و با قطع شدن مدار فرمان، مدار قدرت نیز قطع خواهد شد ، مدار قدرت نقشه سیم کشی دستگاه‌های الکتریکی مانند موتور می باشد که خارج از تابلوی فرمان قرار می‌گیرد ، این نقشه مهم‌ترین نقشه ضمیمه برای مونتاژ تأسیسات الکتریکی است و در آن ، وسایلی که باید به ترمینال‌های تابلوی فرمان اتصال یابند و در خارج از تابلوی فرمان هستند نیز ترسیم می‌شود ، در ابتدا و انتهای این نقشه تک تک سیم‌ها را با شمارۀ ترمینال مشخص می‌کنند ، در نقشۀ خارجی باید سیم‌های ورودی و خروجی هر ترمینال مشخص باشد.

طراحی مدار فرمان و قدرت

• ابتدا کارکرد مدار را بصورت فلوچارت و یا نوشتاری ساده سازی می کنیم.
• مدار قدرت و یا شمای حقیقی مدار را رسم می کنیم و مشخصات و نام گذاری ها را در آن پیاده سازی می نماییم.
• طرحی از کارکرد مدار تهیه می کنیم چگونگی نوشتن و شکل طرح مهم نیست ، بلکه این کار به این دلیل است که واقعا بدانیم چه هدفی را دنبال می کنیم.
• برای طراحی یک مدار فرمان ، برای شروع ابتدا ساده ترین شکل مدار را پیاده کنید و سپس مرحله به مرحله آن را تکمیل نمایید، زیرا برخی مدارات آنقدر پیچیده می شوند که به صورت ذهنی نمیتوان تمام جزییات آن را تحلیل کرد.
• 

در ترسیم یا نقشه خوانی مدار‌های فرمان صنعتی به نکات زیر باید توجه کرد:

• • در تمامی مدار‌های الکتریکی ضروری است از یک فیوز که به صورت سری با کل مدار قرار می‌گیرد، جهت حفاظت مدار در مقابل اتصال کوتاه استفاده کرد.
  • در برخی مدار‌های الکتریکی صنعتی روی حفاظت مدار در برابر اضافه بار احتمالی از عنصری به نام بی متال، بعد از فیوز در مدار‌های فرمان، استفاده می‌شود.
  • یکی از قطعاتی که در مدار‌های صنعتی نقش قطع کنندهٔ مدار را دارد، شستی استپ است ، اگر هدف استفاده از شستی استپ قطع کل مدار باشد ، باید آن را همیشه به صورت سری پس از بی متال در مدار قرار داد ، درصورتی که هدف قطع یک قسمت از مدار باشد شستی استپ را باید فقط در مسیر آن وسیله قرار داد.
  • برای شروع به کار هر مدار فرمانی باید از یک وسیلهٔ وصل کننده مانند یک کلید یا شستی استارت استفاده کرد، که محل قرار گرفتن آن پس از شستی استپ مدار است.
  • در انتهای هر مسیر سادهٔ جریانی اگر از وسایل و تجهیزات دیگری استفاده شود باید بوبین رله‌های عملگر ، مانند بوبین کنتاکتور‌ها را قرار داد ، برای این که راحتی کار در زمان سیم کشی و عملگر معمولاً یک طرف بوبین کنتاکتور‌ها به سیم نول وصل می‌شود و در نتیجه با وصل کلید‌ها یا شستی‌های مدار ، سیم فاز به سمت دیگر بوبین کنتاکتور وصل می‌شود و پس از مغناطیس شدن آن، کنتاکت‌های آن عمل می‌کند.
  • نمایش تیغه‌های (کنتاکت ها) مدار قدرت با اعداد تک رقمی و کنتاکت‌های مدار فرمان با اعداد دو رقمی نمایش داده می‌شوند.
  • در نقشه مدار قدرت ارقام ۱ و ۲ نشان دهنده کنتاکت بسته و ارقام ۳ و ۴ نشان دهنده کنتاکت باز است.
  • در نقشه مدار فرمان رقم یکان کنتاکت‌های مدار معرف باز یا بسته بودن تیغه‌ها و رقم دهگان آن معرف شماره کنتاکت (چندمین کنتاکت بودن) در مدار است.
  • در مدار فرمان، نشانه گذاری کنتاکت‌های قطعاتی همچون بی متال یا تایمر مطابق با ارقام روی خود قطعات انجام می‌شود.

• فیلم های آموزشی مدار فرمان - قدرت

• ویدیوی آموزشی مدار فرمان - قدرت 

• 
  کلیپ آموزشی مدار فرمان - قدرت 
  
  
  

مدار فرمان و قدرت راه‌اندازی الکتروموتور سه فازه آسنکرون روتور قفسی به صورت ستاره - مثلث و چپگرد - راستگرد

مدار فرمان  راه‌اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت ستاره - مثلث  و  چپگرد - راستگرد

مدار قدرت  راه‌اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت ستاره - مثلث  و  چپگرد - راستگرد

توجــــه : مدار فرمان و قدرت فوق ، راه اندازی یک الکتروموتور سه فازه به صورت ستاره - مثلث اتوماتیک است و همچنین توانایی تغییر جهت گردش ( چپگرد - راستگرد ) را نیز دارد ، همانطور که قبلاً گفته شد ، برای کاهش جریان راه‌اندازی  ،  الکتروموتور درابتدا ،  با حالت ستاره راه‌اندازی می شود و بعد از آنکه دور موتور به 75 درصد دور نامی برسد ، آنوقت اتصال آن از ستاره به مثلث تغییر وضعیت خواهد داد ،  چون قدرت موتور در حالت مثلث سه برابر حالت ستاره است و با همین اتصال مثلث به کار خود ادامه خواهد داد ،  تا موتور استپ شود و برای راه‌اندازی مجدد ، همین پروسه تکرار خواهد شد  .

و می دانیم که ،  برای تغییر جهت گردش الکتروموتور از چپگرد به راستگرد و یا بلعکس ، کافیست جای دو فاز از سه فاز رسیده به موتور تغییر کند .

در مدار فوق چهار عدد کنتاکتور وجود دارد،  به نحوی که کنتاکتورهای  K1M  و K2M  برای تغییر جهت گردش ( چپگرد - راستگرد ) درنظر گرفته شده است و کنتاکتور K3M  برای راه‌اندازی به صورت ستاره  و کنتاکتور K4M  برای اتصال مثلث ، در مدار قرار داده شده اند ، دو عدد شستی استارت و استپ دوبل  I  و  II در مدار وجود دارد که با فشردن هر کدام الکتروموتور با اتصال ستاره روشن می شود و بعد از رسیدن به دور مطلوب به طور اتوماتیک توسط تایمر K1T ، اتصال از ستاره به مثلث تغییر می کند ، حال اگر شستی استارت و استپ دوبل بعدی را فشرده نماییم ، جهت گردش الکتروموتور تغییر خواهد کرد . 

مدار فرمان و قدرت راه‌اندازی الکتروموتور سه فازه آسنکرون روتور قفسی دالاندر چپگرد - راستگرد

مدار فرمـــان دالاندر چپگرد - راستگرد

مدار قدرت دالاندر چپگرد - راستگرد

توجه :  قبلاً در مورد الکتروموتورهای دالاندر( دوسرعته ) و نحوه تغییر سرعت و روابط آن صحبت کرده‌ایم و همچنین با تغییر جهت گردش الکتروموتورهای سه فاز به صورت چپگرد و راستگرد ، آشنا شده‌ایم ، اما در مدار فرمان و قدرت فوق ، راه اندازی یک الکتروموتور سه فازه را مشاهده می نمایید که علاوه بر اینکه دوسرعته است و دور کند و تند دارد ، توانایی تغییر جهت گردش ( چپگرد - راستگرد ) را برای هر کدام از دورهای تند و کند نیز دارد .

در مدار فرمان - قدرت فوق از پنج کنتاکتور استفاده شده است به طوریکه کنتاکتورهای K1M و K2M برای تغییر جهت گردش الکتروموتور و  چپگرد - راستگرد ،  استفاده می شود و کنتاکتور K3M  به صورت مشترک ، کنتاکتور K4M حالت ستاره دوبل ( سرعت بیشتر الکتروموتور ) و کنتاکتور K5M  حالت مثلث سری ( سرعت کمتر الکتروموتور)  را برعهده دارد و در مدار فرمان  همانطور که مشاهده می کنید چهار عدد شستی استارت استپ دوبل بکار رفته است ، به طوریکه شستی‌های I  و II برای تغییر جهت گردش از راستگرد به چپگرد و بلعکس استفاده می شود و شستی‌های III  و IV برای تغییر دور الکتروموتور از تند به کند و بلعکس استفاده می گردد .

کلیدهای زبانه‌ای

کلید زبانه‌ای

در این مطلب از مبحث آموزش برق صنعتی می خواهیم شما را با کلید زبانه ای و انواع آن در حوزه برق صنعتی و قدرت آشنا کنیم. این کلید از اجزاء زیر تشکیل شده است :

اجزاء کلید زبانه ای

1- اهرم : باعث انتقال نیروی مکانیکی به کلید می شود.

2- صفحه زبانه‌دار : می تواند حول محور خود به وسیله اهرم، در جهت چپ یا راست، گردش نماید.

3- کنتاکت‌های متحرک : دارای دو پلاتین (از جنس نقره) می باشد که بر روی یک تکیه گاه سوار شده به طوری که صفحه زبانه دار باعث قطع و وصل مدار الکتریکی می شود.

4- کنتاکت‌های ثابت : هریک دارای یک پلاتین و پیچ اتصال می باشند و بر روی بدنه عایق کلید به صورت ثابت قرار گرفته اند.

5- فنر : نیروی مقاوم را بر تکیه گاه کنتاکت های متحرک اعمال می کند.

6- بدنه کلید : با گرداندن اهرم، صفحه زبانه دار تغییر وضعیت می دهد به طوری که اگر شیار آن در برابر تکیه گاه کنتاکت های متحرک قرار گیرد، با فشار فنر پشت تکیه گاه کنتاکت های متحرک، کنتاکت های ثابت را به هم وصل می کند که باعث وصل مدار می شود و اگر زبانه در برابر تکیه گاه کنتاکت های متحرک قرار گیرد، فنر فشرده شده و کنتاکت های ثابت را از یکدیگر جدا نموده و مدار را قطع می کند.

جدول انواع کلید زبانه‌ای با توجه به نوع کاربرد

ویژگی کلیدهای زبانه ای

در این کلید عمل قطع و وصل کنتاکت ها، بدون اصطکاک مکانیکی انجام می شود که در نتیجه پلاتین ها سائیده نخواهند شد که مزیت این کلید محسوب می شود که باعث طول عمر و مرغوبیت این کلید خواهد شد.

نکته : این کلید به خاطر مزایای آن، کاربرد زیادی در صنعت برق دارد.

راه اندازی الکتروموتور سه فاز با کلید زبانه ای

تمامی اتصالات را که کلید های غلطکی در هنگام راه اندازی موتورهای سه فاز صورت می دهند، کلید های زبانه ای نیز همان اتصالات را برای حالت های مختلف ساده – چپ گرد راست گرد – ستاره مثلث و ستاره مثلث همراه با چپ گرد راست گرد انجام می دهند. فقط نحوه نمایش و شمای فنی کلید های زبانه ای نسبت به کلید های غلطکی متفاوت می باشند. در شکل زیر طرز اتصال شمای حقیقی و فنی کلید های زبانه ای رسم شده است. این کلید برای راه اندازی موتورهای سه فاز آسنکرون روتور قفسی مناسب تر می باشد طرز کار کلید های فوق به صورت حرکت زبانه ها و اتصال داخلی ترمینال ها می باشد.

نحوه اتصالات کلید های فوق مانند کلید های غلطکی می باشد فقط نحوه و کارکرد آن ها متفاوت است و تمام اتصالاتی را که کلید های غلطکی در موقع راه اندازی موتور های سه فازه صورت می دهند کلید های زبانه ای نیز همان اتصالات را برای حالت های مختلف – ساده –چپگرد و راست گرد – ستاره مثلث و ستاره مثلث چپ گرد راست گرد انجام می دهند فقط نحوه نمایش و شمای فنی کلید های زبانه ای نسبت به کلید های غلطکی متفاوت می باشد.

کلید زبانه‌ای ساده ( 1 - 0 )

مدار راه اندازی الکتروموتور سه‌فازه با کلید زبانه‌ای ساده

کلید زبانه‌ای ستاره - مثلث

مدار کلید زبانه‌ای  ستاره - مثلث 

مدار کلید زبانه‌ای  چپگرد - راستگرد 

مدار کلید زبانه‌ای دوسرعته با سیم پیچ جداگانه

مدار کلید زبانه‌ای  دوسرعته  /  چپگرد - راستگرد

مدار کلید زبانه‌ای  چپگرد - راستگرد  /  ستاره - مثلث 

توجه : با کلیدهای زبانه‌ای ، مدار اتوماتیک نمیتوان طراحی کرد و باید از مدارهای فرمان و قدرت کنتاکتوری برای طراحی مدارهای اتومات کمک گرفت ، چون کنتاکتور که یک کلید مغناطیسی است بر خلاف کلیدهای زبانه‌ای ، قابلیت طراحی مدار اتوماتیک را دارد ، در قسمت‌های قبل به طور کامل با کنتاکتور و مدارات کنتاکتوری آشنا شده‌اید .

مدار فرمان و قدرت چراغ راهنمایی و رانندگی

مدار فرمان چراغ راهنمایی و رانندگی

مدار قدرت چراغ راهنمایی و رانندگی

توجـــه :  توسط PLC - STEP7  و نرم افزار SIMATIC  MANAGER  و  زبان‌های برنامه نویسی این نرم افزار ، خیلی ساده تر و با دقت بالاتر می توان مدار چراغ راهنمایی و رانندگی را اجرا کرد و همانطور که درقبل گفته شد مدارهای فرمان و قدرت کنتاکتوری به دلیل استهلاک قسمت های مکانیکی قطعات ، سر و صدای زیاد قطع و وصل کنتاکتورها ، دقت پایین تر مدارهای اتومات و ... جای خود را به مدارهای اتوماسیون صنعتی از قبیل ! PLC - LOGO   و  PLC - STEP7   و   PLCهای SIEMENS  ورژن‌های دیگر  و همچنین دیگر برندهای  PLC  خواهد داد و تابلوهای قدیمی فرمان و قدرت کنتاکتوری جای خود را به پنل‌های کنترل اتومات خواهد داد ، بنابراین بهتر است دانش خود را در این زمینه نیز افزایش دهیم .